RS57726B1 - Zbrinjavanje ugljendioksida povezivanjem u alkalikarbonat - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj patent obuhvata jedan postupak za proizvodnju hlora i skladištenje (zbrinjavanje) ugljendioksida, pri čemu se jedno jedinjenje sa formulom M<+>Cl<->elektrolitički prevodi u M i Cl2, i pri tome je M<+>= Na, K ili jedna smeša obe komponente, M reaguje sa ugljendioksidom i u ovme slučaju i sa H2O i pri tome nastaje M2CO3i/ili isto tako MHCO3, i zatin se M2CO3i/ili takođe MHCO3odlažu u skladište, kao i jedno postrojenje za izvođenje jednog takvog postupka.

Stanje tehnike

[0002] Sagorevanjem fosilnih goriva se u ovome momentu u svetu pokriva oko 80 % potreba za energijom. Kroz ove procese sagorevanja je u 2011. godini u celom svetu nastalo 34.032,7 miliona tona ugljendioksida (CO2) i emitovano u atmosferu. Ovo slobodno emitovanje je najjednostavniji način za zbrinjavanje velikih količina CO2(Toplana koja koristi mrki ugalj kao gorivo npr. emituje preko 50000 t na dan).

[0003] Pored toga, CO2može da se izdvoji na različite načine i koristi kao sirovina.

[0004] Primera radi može se uz pomoć monometanol - amina (MEA) ugljendioksid izdvojiti iz dimnih gasova. Zatim se MEA-CO2kompleks razgrađuje pri povišenoj temperaturi. Dobijeni čist CO2može se primera radi smestiti u gasne kaverne (prirodne jame, zatvoreni rudnici itd.) u zemlji ili specijalne ogromne posude na površini zemlje i tako trajno uskladištiti. Hemijska industrija koristi CO2da bi primera radi delove monomernih jedinica u polimerima zamenila sa karbonatom. Kod tako proizvedenih polimernih pena su uočena delimično bolja svojstva nego kod onih kod kojih nije pri proizvodnji korišćen karbonat. Takođe su iz patenata DE 102008031437-A1, WO 2010000681-A2, WO 2010000681-A3, EP 2294643-A2, US 20110113844-A1i CN 102077395-A poznati postupci, u kojima se pri reakciji alkalnih metala sa CO2dobija prihvatljiva termička energija i istovremeno se dobijaju vredni međuproizvodi za hemijsku industriju. Ipak, takvi postupci nisu obavezno pogodni za prihvatanje ukupne količine proizvedenog ugljendioksida, a delimična ugradnja dodatne opreme na več postojeća postrojenja je vrlo skupa.

[0005] Dalja poboljšanja postupka su poznata iz patenata WO 2012/038330 i WO 2013/156476.

[0006] Diskusija o negativnom dejstvu gasa staklene bašte CO2na klimu dovela je do toga da se sve više razmišlja o ponovnoj upoterbi CO2gasa. Sa termodinamičke tačke gledišta CO2je vrlo inertan i stoga ga je teško redukovati do upotrebljivih proizvoda. Zbog toga se sve više razmišlja o konačnom rešenju, odnosno o odlaganju i skladištenju CO2u podzemne gasne kaverne (Carbon Capture & Storage). Međutim, narod nije prihvatio ovakav model konačnog rešenja za CO2, zbog toga što uvek postoji verovatnoća da ovaj opasni gas napusti skladište, što bi predstavljalo veliku opasnost za zdravlje svih živih organizama sa kojima bi došao u kontakt.

[0007] Zbog toga je nastala potreba da se razvije jedan takav postupak, koji bi omogućio sigurno i efikasno zbrinjavanje ugljendioksida, odnosno skladištenja.

Kratak opis pronalaska

[0008] Prema ovome pronalasku otkriveno je da takvo jedno zbrinjavanje ugljendioksida može da se ostvari takođe primenom soli alkalnih metala Na i/ili K uz istovremenu proizvodnju hlora, pri čemu se pored sigurnog zbrinjavanja CO2mogu dobiti takođe i neki vredni proizvodi.

Povoljno je takođe, da se pri tome NaCl i ili KCl mogu dobiti kao sirovine na jednostavan i jeftin način.

[0009] Shodno jednom prvom aspektu ovaj pronalazak obuhvata jedan postupak za proizvodnju hlora i skladištenje ugljendioksida, pri čemu

a) jedno jedinjenje sa formulom M<+>Cl<->se elektrolizom prevodi u M i Cl2, pri čemu je M<+>= Na, K ili njihova smeša; pri čemu se

b) M sa ugljendioksidom i u ovome slučaju sa H2O prevodi u M2CO3i /ili isto tako u MHCO3; i c) M2CO3i /ili u ovome slučaju i MHCO3se trajno zbrinjavaju, odosno skladište, pri čemu se reakcija M sa ugljendioksidom i u ovome slučaju sa H2O u stupnju b) odigrava sagorevanjem M u jednoj atmosferi koja sarži ugljendioksid i istovremeno H2O.

Prema jednom daljem aspektu ovaj pronalazak se odnosi na jedno postrojenje za proizvodnju hlora i skladištenje ugljendioksida, koje obuhvata jedan uređaj za elektrolizu E, koji je izgrađen zato da jedinjenje sa formulom M<+>Cl<->elektrolitički prevede u M i Cl2, pri čemu je M<+>= Na, K ili njihova smeša;

jedan prvi uređaj za dovođenje 1 za M<+>Cl-, koji je za to ugrađen, da dovede M<+>Cl<->u postrojenje za elektrolizu E;

jedan prvi uređaj za odvođenje 1’ za Cl2,koji je zato ugrađen da omogući da se nastali Cl2ukloni, odnosno odvede iz uređaja za elektrolizu E;

jedan drugi uređaj za odvođenje 2' za M, koji je zato ugraćen da omogući da se nastali M ukloni iz uređaja za elektrolizu E;

jedan prvi reaktor R za reakciju ugljendioksida i sa metalom M, koji je zato ugrađen da omogućava reakciju M sa ugljendioksidom i istovrmeno i sa H2O i dobijanje M2CO3i/ili u ovome slučaju i MHCO3;

jedan drugi uređaj za dovođenje 2 za M, koji je povezan sa drugim uređajem za odvođenje 2' za M i tako je oblikovan da omogući uvođenje M u reaktor R;

jedan treći uređaj za dovođenje 3 za ugljendioksid i u ovome slučaju i H2O, koji je za to ugrađen da omogućava dovođenje ugljendioksida i isto tako i H2O u reaktor R;

jedan treći uređaj za odvođenje 3 ' za M2CO3i/ili isto tako i MHCO3, koji je zato ugrađen da M2CO3i/ili u ovome slučaju i MHCO3odstrani iz reaktora R; i

jednog prostora za skladištenje S, za pouzdano skladištenje, odnosno zbrinjavanje M2CO3i/ili isto tako i MHCO3, koji je tako oblikovan da M2CO3i/ili isto tako MHCO3, koji dolaze iz uređaja za odvođenje 3' uskaladište, pri čemu je prvi reaktor R snabdeven jednim plamenikom za sagorevanje M sa ugljendioksidom i istovremeno sa H2O. Dalji aspekti ovoga pronalaska su dostupni u odgovarajućim patentnim zahtevima i detaljnom opisu pronalaska.

Opis slika

[0010] Slike u prilogu treba da potpuno razjasne načine izvođenja ovoga pronalaska i omoguće njegovo bolje razumevanje. Zajedno sa opisom one služe da razjasne koncepte i principe ovoga pronalaska. Načini izvođenja i naglašene mnoge prednosti uočavaju se uzimanjem u obzir slika u prilogu. Odnosi veličine pojedinih elemenata na slikama nisu obavezo verno prikazani u svojoj stvarnoj veličini. Isti, funkcionalno isti i jednako delujući elementi, karakteristike i komponente su na slikama, ako nije drugačije navedeno, označene na isti način.

Slika 1 daje šematski prikaz prvog primernog načina izvođenja ovoga pronalaska.

Slika 2 daje šematski prikaz drugog primernog načina izvođenja ovoga pronalaska.

Slika 3 daje šematski prikaz trećeg primernog načina izvođenja voga pronalaska.

Detaljni opis pronalaska

[0011] Ovaj pronalazak je shodno određenom načinu izvođenja usmeren na jedan postupak za proizvodnju hlora i skladištenja ugljendioksida, pri čemu

a) jedno jedinjenje formule M<+>Cl<->se elektrolitički prevodi u M i Cl2, pri čemu je M<+>= Na, K ili njihova smeša;

b) M izreaguje sa ugljendioksidom i u ovome slučaju sa H2O u M2CO3i/ili isto tako u NHCO3; i c) M2CO3i/ili isto tako i MHCO3se zatim bezbedno skladište.

[0012] Principielno mogu se sva dešavanja pri izvođenju ovoga pronalaska prikazati sledećom jednaćinom:

2 MCl 2 CO2→ M2CO3+ CO Cl2,

pri čemu je M = Na i K, odnosno njihova smeša.

[0013] Moguće je dakle pri odigravanju stupnja b) takođe proizvesti i ugljenmonoksid, koji se zatim može koristiti za dobijanje daljih vrednih hemijskih proizvoda.

[0014] Gustina skladištenja CO2u odnosu na korišćeni hlorid metala povećava se za dva puta ako se ne skladišti karbonat već hidrogenkarbonat.

2 MCl 3 CO2+ H2O → 2 MHCO3+ CO Cl2,

pri čemu je M = Na i K, odnosno njihova smeša.

[0015] Pri odigravanju stupnja c) moguće su primera radi sledeće reakcije, npr. ako se primenjuje vazduh sa kiseonikom- ,vodom- i ugljendioksidom sa odgovarajućim udelima:

2 M CO2→ M2O CO

2 M 2 CO2→ M2CO3+ CO

2 M 1/2 O2→ M2O; M2O CO2→ M2CO3

2 M 2 H2O → MOH H2MOH CO2→ MHCO3

[0016] CO dobijen shodno ovim jednačinama može se izdvojiti iz postupka posle stupnja b), dakle iz reaktora za reakciju ugljendioksida sa M i služi kao vredan materijal. CO može, primera radi, da izreaguje sa vodonikom u jednom Fischer-Tropsch postupku i prevede u alkohole i druge ugljovodonike sa dugačkim molekulskim lancima

n CO (2n+1) H2→ CnH2n+2 n H2O (alkani)

n CO (2n) H2→ CnH2n n H2O (alkeni)

n CO (2n) H2→ CnH2n+1OH (n-1) H2O (alkoholi)

[0017] Sve reakcije koje se odigravaju su egzotermne, tako da u reaktor nije potreno dovoditi dodatnu toplotu . Tako pri odiravanju reakcija u stupnju b) može da se proizvede i ugljenmonoksid, koji može da se koristi kao polazna supstanca i prevede u dalje hemijske produkte. Ovi produkti sa svoje strane predstavljaju vredne materijale, koji se kao takvi mogu prodavati ili kao edukti primeniti u hemijskoj industriji.

[0018] Pored toga, moguće je u ovome slučaju u stupnju b) izvoditi i reakciju M sa azotom i tako azot iz atmosfere aktivirati i koristiti. Pri tome mogu da nastanu različiti produkti od azota, koji zatim mogu dalje da izreaguju u amonijak, amine (sa CO ili alkane, alkene, itd.), nitrojedinjenja, itd.. Tako može primera radi da se dobije i amonijak kao vredan materijal.

[0019] Osim toga, pri postupku shodno ovome pronalasku nastaje i hlor u gasnom stanju, koji se pri odigravanju stupnja a) izvodi iz reaktora i u ovome slučaju se može skladišti i/ili negde dalje transportovati. Shodno određenom obliku izvođenja moguće ga je koristiti na istom mestu za dalje hemijske reakcije, primera radi za hlorovanje gore proizvedenih alkana, alkena, alkohola itd., ili u reakciji sa vodonikom za proizvodnju HCl. Cl2se koristi dalje u hemijskoj industriji za proizvodnju različitih rastvarača, međuproizvoda ili hlorovodonične kiseline.

[0020] Godišnja proizvodnja hlora u 2013. godini je iznosila oko 71 milion tona. To odgovara pri postupku prema ovome pronalasku jednoj količini CO2od 88 miliona tona, koju treba zbrinuti. Dodatno ovoj količini treba dodati još 44 miliona tona CO2, koji je izdvojen iz procesa u obliku CO (28 miliona tona). U odnosu na tržište hlora, izvođenje procesa prema ovome pronalasku omogućava da se ukupna količina CO2od 132 miliona tona/godina ne emituje u atmosferu. Pri jednoj ceni CO2– sertifikata od 30 €/t (CO2) to odgovara uštedi na sertifikatu od 3,96 milijardi €. Pri jednoj predvidivoj ceni sertifikata CO2emisije od oko 7 do 10 €/t CO2ostvaruje se ušteda samo na sertifikatu od oko 1 milijarde €. Iz 28 Mio. t. CO moguće je proizvesti 14 Mio. t. sirovog benzina, koja po tržišnoj ceni ima vrednost od 650 €/t, što odgovara ukupnoj ceni od 9.1 Mrd. € godišnje. Dvadeset tri najveće nemačke toplane na bazi mrkog i kamenog uglja emituju oko 200 Mio. t. CO2.

To znači da 2/3 ukupnog CO2otpada nemačkih toplana može da bude trajno i bezbedno uskladišteno, odnosno zbrinuto pod zemljom kao čvrst materijal, ako ovaj postupak počne da se primenjuje i ako se osnovni materijal hlor bude proizvodio shodno postupku prema ovome pronalasku. Shodno prioritetnom načinu izvođenja, jedinjenje formule M<+>Cl<->potiče iz otpada produkata hemoijske industrije i/ili je dobijeno iz tog otpada. Primera radi mogu takvi otpadni produkti da potiču i iz razgradnje soli.

Elektroliza u stupnja a) prema ovom pronalsaku nije ograničena i može primera radi da obuhvata elektrolizu rastopa jednog jedinjenja formule M<+>Cl<->ili elektrolizu jednog vodenog rastvora jedinjenja sa formulom M<+>Cl-.

Pri primeni elektrolize rastopa jedne smeše, koja obuhvata i jedinjenje formule M<+>Cl-, ostvaruju se određene prednosti, koje se ogledaju u većoj efikasnosti procesa.

[0021] Sa druge strane, naizmeničnom elektrolizom jednog vodenog rastvora jedinjenja formule M<+>Cl<->nastaje vodonik, koji može primera radi da se primenjuje kao vredna sirovina ili shodno određenom načinu izvođenja izreaguje sa u stupnju b) proizvedenim ugljenmonoksidom u cilju dobijanja daljih hemijskuh proizvoda, kao što je to pokazano gorenavedenim formulama. Prirodno je da takođe nije isključeno, da vodomik iz drugih izvora reaguje sa u stupnju b) proizvedenim ugljenmonoksidom. Reakcija ugljenmonoksida sa vodonikom može da se primera radi izvoditi u prvom reaktoru, ali isto tako i u nekom drugom reaktoru.

[0022] Shodno ovome pronalasku odigrava se reakcija M sa ugljendioksidom i isto tako sa H2O u stupnju b) sagorevanjem M u jednoj atmosferi, koja obuhvata ugljendioksid i u ovome slučaju H2O. Atmosfera u stupnju b) ipak nije naročito ograničena, ukoliko sadrži ugljendioksid i može da bude primera radi vazduh ili dimni gasovi sagorevanja, primera radi iz uobičajenih termičkih procesa sagorevanja u toplanama na bazi uglja ili pri sagorevanju nafte i/ili zemnog gasa.

Prioritet ima reakcija u jednoj atmosferi, koja je u odnosu na okolni vazduh obogaćena sa ugljendioksidom, primera radi otpadni gasovi nastali pri sagorevanju materijala koji sadrže ugljenik u cilju proizvodnje električne energije. Prioritetno pri sagorevanju u stupnju b) je jedno efikasno i brzo odigravanje reakcije. Isto tako može se u tom cilju sagorevanje startovati primera radi dodavanjem vode ili pomoću električnog ili nekog drugog izvora paljenja, kao što je svetlosni luk, laser itd..

U određenim načinima izvođenja može se iz reakcija u stupnju b) dodatno dobiti i toplotna energija, koja se isto tako može koristiti za dobijanje električne energije i/ili predgrevanje M. Takođe se može koristiti električna energija i za elektrolizu. Shodno prioritetnom načinu izvođenja se kao energija za elektrolitičku reakciju prevođenja M<+>Cl<->u M i Cl2prevashodno koristi višak energije iz obnovljivi izvora energije i to primera radi više od 50 %, prioritetno više od 70 %, dalje prioritetno više od 80 % i naročito prioritetno više od 90 % u odnosu na potrebnu energiju za elektrolizu.

Višak energije iz obnovljive energije stoji ovde primera radi na raspolaganju, ako se proizvodi više struuje iz obnovljivih i/ili uobičajenih izvora energije nego što potrošači mogu da preuzmu i i stavi na raspolaganje. Ovde se naročito misli na energiju, koja se u višku proizvodi pomoću obnovljivih izvora energije , kao što su to solarna postrojenja, uređaji koji koriste energiju vetra, hidroelektrane, geotermalna postrojenja, postrojenja za proizvodnju energija iz biomase ili sličnih i stavlja na raspolaganje, a koju ne mogu lokalno, regionalno i/ili nadregionalno u određenim vremenskim intervalima potrošači da preuzmu od proizvođača. Pri tome nije isključeno, da se koristi i energija iz drugih izvora, primera radi uobičajenih izvora struje i/ili energija oslobođena pri reakcijama koje se odigravaju u stupnju b). Shodno naročito prioritetnim načinima izvođenja ovoga pronalaska, energija koja se koristi za elektrolizu jedinjenja formule M<+>Cl<->se 100 % povlači iz obnovljivih izvora energije, pri čemu se za pokretanje uređaja za elektrolizu takođe koristi i energija, koja nije direktno povezana sa elektrolizom jedinjenja formule M<+>Cl-, kao primera radi energija za osvetljenje ili za pogon pumpi itd. može da potiče i iz drugih izvora energije, ali takođe i obnovljivih izvora energije.

[0023] Nadalje ovim pronalaskom je obuhvaćen i jedo postrojenje u kojem se može izvoditi postupak prema ovome pronalasku.

[0024] Tako obuhvata ovaj pronalazak shodno određenim načinima izvođenja,

jedno postrojenje za proizvodnju hlora i skladištenje ugljendioksida,

jedan uređaj za elektrolizu E, koji je tako izgrađen da omogućava da se jedinjenje formule M<+>Cl-elektrolitički prevede u M i Cl2, pri čemu je M<+>= Na, K ili njihova smeša;

jedan prvi uređaj za dovođenje 1 za M<+>Cl-, koji je za to ugrađen, da omogući dovođenje M<+>Cl<->u postrojenje za lektrolizu E;

jedan prvi uređaj za odvođenje 1’ za Cl2,koji je za to ugrađen da omogući da se Cl2ukloni iz uređaja za elektrolizu E;

jedan drugi uređaj za odvođenje 2' za M, koji je za to ugrađen da omogući da se M ukloni iz uređaja za elektrolizu E;

jedan prvi reaktor R za reakciju ugljendioksida sa M, koji je za to ugrađen da omogući reakciju M sa ugljendioksidom i isto tako sa H2O i dobijanje M2CO3i/ili u ovome slučaju i MHCO3; jedan drugi dovodni uređaj 2 za M, koji je povezan sa uređajem za odvođenje 2' za M i zato je ugrađen da dovede M do prvog reaktora R;

jedan treći uređaj za dovođenje 3 za ugljendioksid i istovremeno i H2O, koji je zato ugrađen da u prvi reaktor R dovede ugljendioksid i u ovome slučaju H2O;

jedan treći odvodni uređaj 3' za M2CO3i/ili isto tako i MHCO3, koji je zato ugrađen da M2CO3i/ili isto tako MHCO3, izvede iz reaktora R; i

jedan uređaj i prostor za skladištenje S, za skladištenje M2CO3i/ili isto tako i MHCO3, koji su za to izgrađeni da M2CO3i/ili isto tako MHCO3, koji dolaze iz trećeg 3’ uređaja za odvođenje transportuju u skladište;

[0025] Shodno različitim načinima izvođenja, može postrojenje prema ovome pronalasku nadalje da obuhvata i jedan uređaj za proizvodnju obnovljive energije, koji je za to izgrađen da pogon za elektrolizu E snabdeva električnom energijom.

Uređaj za proizvodnju obnovljive energije u ovome slučaju nije naročito ograničen i može primera radi da obuhvata uređaj za korišćenje vetra, hidroelektranu, geotermalno postrojenje, postrojenje za korišćenje sunčeve enrgije, elektrana na plimu i oseku, biotermičko postrojenje, odnosno postrojenje koje koristi biomasu itd..

[0026] Prvi reaktor R može da bude izgrađen za različite načine korišćenja, pa može da sadrži i jedan brener za sagorevanje M, ugljendioksida i H2O. Za startovanje sagorevanja mogu da budu prisutni izvori paljenja kao npr. svetlosni luk za stvaranje varnice, odnosno plazme. Dalji poznati uređaji za paljenje za proizvodnju varnica, odnosno plazme su npr. magnetni upaljači, električni upaljači ili laserski upaljači.

[0027] Takođe može prvi reaktor R, shodno određenim načinima izvođenja ovoga pronalaska da obuhvata dalje uređaje za odvođenje nastalih proizvoda u obliku gasa kao što su npr. CO, NH3.

[0028] Shodno određenim oblicima izvođenja može uređaj za elektrolizu E da bude prilagođen uređaju za elektrolizi rastopa, ili shodno daljim određenim oblicima izvođenja može uređaj za elektrolizu E da bude tako opremljen da je prilagođen za elektrolizu vodenog rastvora M<+>Cl-, pri kojem uređaj sadrži takođe i jedan novi četvrti uređaj za odvođenje vodonika 4’, koji je zato izrađen da omogući uklanjanje vodonika iz uređaja za elektrolizu E.

[0029] Nadalje može uređaj prema ovome pronalasku da obuhvata i dalji četvrti uređaj za dovod 4 za vodonik, koji shodno određenom načinu izvođenja je povezan sa četvrtim uređajem za odvođenje vodonika 4’ i tako izrađen da dovodi vodonik u prvi reactor R. Prirodno može jedan četvrti urađaj 4 za dovođenje vodonika da bude prisutan, koji nije povezan sa četvrtim uređajem 4' za odvođenje vodonika , ili jedan takav četvrti uređaj 4 za dovođenje vodonika može takođe da bude prisutan, pri čemu četvrti uređaj za odvod 4’ vodonika ne mora obavezno da postoji, primera radi ako je uređaj za elektrolizu E tako pripremljen da se koristi za izvođenje elektrolize jednog rastopa.

[0030] Pored toga, može uređaj prema ovome pronalasku takođe da obuhvata jedno ili više skladišta za skladištenje hlora i/ili drugih produkata kao što su ugljenmoksid ili vodonik i/ili takođe produkti koji slede kao COCl2(CO Cl2), HCl (Cl2+ H2), itd. i/ili takođe i dalje reaktore za reakciju ugljenmonoksida sa vodonikom i u ovome slučaju i skladište za skladištenje produkata jedne takve reakcije ugljenmonoksida sa vdonikom, primera radi alkana, alkena i/ili akohola. Pogodnost pri tome je da ovi produkti mogu da nastaju pri jednom istovremenom i uspešnom zbrinjavanju ugljendioksida.

Eventualno pri takvim daljim reakcijama dobijeni ugljendioksid može da se shodno postupku prema ovome pronalasku ponovo vrati u proces i/ili otpusti u atmosferu, ako za izvođenje reakcija u stupnju b) stoje na raspolaganju otpadni gasovi sa jednom visokom koncentracijom ugljendioksida, primera radi iz jednog uređaja za sagorevanje jedinjenja koja sadrže ugljenik, ili ako su jedinica za elektrolizu E i prvi reaktor R prostorno udaljeni jedan od drugog.

[0031] Prema ovome pronalasku nije isključeno, da se uređaj za elektrolizu E i prvi reaktor R nalaze na prostorno udaljenim mestima, kao na primer, uređaj za elektrolizu E se nalazi u blizini postrojenja za proizvodnju obnovljive energije, a prvi reaktor R se nalazi na jednom drugom mestu, na kojem su već ranije izvođene reakcije sagorevanja ugljendioksida sa nekim metalom M ili neke slične reakcije i pri tome je transport metala od uređaja za elektrolizu E do reaktora R, primera radi pomoću broda, železnicom ili sa specijalnim kamionima povoljniji nego da se podigne jedan novi prvi reaktor R u blizini uređaja za elektrolizu, što može da bude povezano sa značajnim troškovima. Takođe nije isključeno, da se prvi reaktor R i prostor za skladištenje S nalaze na prostorno daleko udaljenim mestima, naročito ako u blizini prvog reaktora R nema dovoljno mesta za zbrinjavanje proizvedenih produkata, kao što su M2CO3i/ili MHCO3ili ako su ovi produkti na drugom mestu od kupaca prihvaćeni kao vredne sirovine u tome slučaju skladištenje pored mesta kupaca ima prednost.

[0032] Shodno određenim oblicima izvođenja uređaja za elektrolizu E, prvi reaktor R i/ili prostor za skladištenje S, kao i u ovome slučaju druga skladišta za druge produkte, ipak ne treba da su jedan od drugog dosta udaljeni, i pri proizvodnji ugljendioksida uz transport M, M2CO3i /ili MHCO3ili drugih proizvedenih materijala treba udaljena skladišta po mogućnosti manje koristiti. Takođe se uređaji za elektrolizu E prioritetno nalaze u blizini postrojenja za proizvodnju obnovljive energije, u kojima se proizvode viškovi energije, koja često ne može lokalno ili regionalno da bude otkupljena. Pošto to ipak može da se menja u toku sezone, takođe je moguće da različiti uređaji za elektrolizu E u različitim vremenskim intervalima prvi reaktor R snabdevaju sa M.

[0033] Različiti uređaji za dovođenje, prvi uređaj za dovođenje 1, drugi uređaj za dovođenje 2, treći uređaj za dovođenje 3 i isto tako četvrti uređaj za dovođenje 4, kao i različiti uređaji za odvođenje, prvi uređaj za odvođenje 1‘, drugi uređaj za odvođenje 2‘, treći uređaj za odvođenje 3‘ i isto tako i četvrti uređaj za odvođenje 4‘ shodno ovome pronalasku nisu naročito ograničeni i mogu da sadrže levak za punjenje, cevi, pokretne trake, itd., ali isto tako i sredstva za transport kao teretne kiamione, brodove, tovarne kontejnere na vagonima vozova itd., primera radi pri jednom transportu M , koji se može predvideti kao pogodan.

[0034] Pored toga je uočeno, da su međuprodukti alkalni metal M, alkalni hidroksidi MOH, koji mogu da nastanu pri sagorevanju metala M u prisustvu vode, alkalihihidrogen-karbonat ili alkalikarbonat i sami za sebe imaju određenu vrednost i da su do sada već dobijani ali na jedan drugačiji način. Natrijum-karbonat se primera radi za sada dobija iz prirodnih izvora, i drugi produkti kao što je natrijum-hidroksid pomoću drugih hemijskih procesa. Pošto postupak prema ovome pronalasku daje značajno veće količine natrijum-karbonata ili natrijumhidrogenkarbonata i/ili natrijum-hidroksida, može se sa ovim proizvodima primera radi potreba za takvim materijalima iz prirodnih izvora ili proizvodnja drugim postupcima zameniti ili smanjiti.

[0035] Ovim procesom uslovljene prednosti dolaze do izražaja naročito ako se elektroliza vodenih rastvora hlorida alkalnih metala, pri čemu su alkalni metali K ili Na, zameni sa elektorlizom rastopa i materijali koji odgovaraju toku procesa dobijaju u čistom ili izmenjenom obliku.

Energetski se ukupan proces u određenim oblicima izvođenja pokreće viškom proizvedene električne energije, koju mreža nije bila u stanju da preuzme.

[0036] Principielno može se postupak prema ovome pronalasku postaviti na mestu na kojem sada već postoji pogon za elektrolizu NaCl i ili KCl, primera radi i koristi vodeni rastvor natrijum-hlorida u cilju dobijanja hlora kao sirovine. Za vodonik koji je pri tome nastaje do sada često nije bilo primene, i pored toga što je gore pokazano da on može da se efikasno koristi za proizvodnju vrlo vrednih proizvoda kao što su alkani, alkeni ili alkoholi.

Ako nastaje mnogo vodonika, od prednosti je i primena jedne elektrolize rastopa, tako da prema količini koja stoji na raspolaganju i potražnji vodonika primera radi može se uspostaviti balans naizmeničnim koriščenjemi elektrolize vodenog rastvora M<+>Cl<->ili elektrolize rastopa i odgovarajuću potražnju i/ili potrebu za proizvodnjom visoko vrednih proizvoda primera radi Fischer-Tropsch postupkom staviti na raspolaganje dovoljnu količinu vodonika.

[0037] Ukupan postupak može se stoga, primera radi sa postojećim pripremnim koracima odigavati na način koji sledi:

0) Natrijum-hlorid i kalijum-hlorid se nalaze u prirodi zajedno sa drugim supstancama i izdvajaju se mukotrpno uz odgovarajuće troškove npr. jednim elektrostatičkim postupkom. Razdvajanje je ipak samo usovno efikasno, tako da pri tome zaostaje velika količina jalovine sa kalijum- i natrijum-hloridom, koja se ne može dalje obrađivati ovom metodom iz ekonomskih razloga.

[0038] Ako se na primer materijal kao što su soli NaCl, odnosno KCl taru sa jednim drugim materijalom, u tome slučaju mogu se obe soli naelektrisati suprotnim naelektrisanjem. Ovaj princim se koristi za razdvajanje komponenata jedne čvrste smeše. U tu svrhu se sirove soli u jednom mlinu samelju do veličine čestica od jednog milimetra. U sledećem koraku mogu se soli obraditi sa površinski aktivnim supstancama, tako da se selektivno jeda u odnosu na drugu naelektrišu pozitivno i negativno. Nakon toga se kristali soli sipaju kroz jedan „separator sa slobodnim padom“. Ovaj separator se sastoji od dve elektrode u obliku ploča, između kojih se uspostavlja električno polje visokog napona. Različito naelektrisane čestice soli se pri kretaju između elektroda usmeravaju prema anodi, odnosno prema katodi i tako razdvajaju. Ispod separatora sa slobodnim padom se razdvojeni minerali odvojeo prihvataju.

[0039] Zaostala jalovina može se koristiti samo kao izvor hlora, pri čemu takođe i smeša od KCl i NaCl može kao takva da posluži kao izvor hlora u stupnju a).

Manje prioritetna za ovu namenu je direktna razgradnja. Ako raste vrednost CO2– sertifikata moguće je da i direktna razgradnja postane ekonomična. Prioritetno se pri tome radi o bezvrednim smešama sa različitim udelom kalijum-hlorida i natrijum-hlorida. Shodno NaCl-KCl-faznom dijagramu temperatura topljenja soli u smeši je značajno smanjena, što elektrolizu naročito u slučaju jedne elektrolize rastopa čini energetski povoljnijom. Tipična efikasnost u ovome slučaju je primera radi veća od 50 %. Za postupak je svejedno, da li su alkalni metali čisti ili su izdvojeni kao legura pojedinačnih komponenata. Dodatak daljih soli (npr. CaCl2) za sniženje temperature topljeja je takođe moguć.

1) U drugom stupnju se iz halogenida primera radi pomoću elektrolize rastopa mogu proizvesti alkalni metali, kao što je to već poznato. Jedna elektroliza natrijuma, prema stanju tehnike, može se primera radi pri proizvodnj u natrijuma kroz elektrolizu rastopa od osušenog naterijum-hlorida realizovati u jednoj takozvanoj Downs-ćeliji.

Jedna efikasna elektroliza pri nižim temperaturama može se ostvariti ako se u cilju sniženja temperature topljenja primera radi dodaje eutektična smeša soli koja se sastoji od 60 % kalcijum-hlorida i 40 % natrijum-hlorida, koja se topi pri temperaturi od 580<o>C. Barijum-hlorid se takođe može koristiti kao dodatak. Pri dostizanju jednog odgovarajučeg napona, primera radi od oko 7 Volti počinju da se odigravaju sledeće reakcije:

na katodi:

2Na<+>+ 2e<->→ 2Na<0>

na anodi:

2Cl<->→ Cl2+ 2e-ukupna reakcija:

2Na<+>+ 2Cl<->→ 2Na Cl2

Primera radi se za proizvodnju jednog kilograma natrijuma za vreme elektrolize, prema jednom postupku, koji odgovara stanju tehnike utroši se oko 10 kWh struje.

Analogni prinos dobija se za KCl i/ili smeše NaCl i KCl.

2) Prinos u stupnju b) se ostvaruje, primera radi shodno sledećim jednačinama:

2 M CO2→ M2O CO

2 M 2 CO2→ M2CO3+ CO

2 M % O2→ M2O; M2O CO2→ M2CO3

2 M 2 H2O → MOH H2MOH CO2→ MHCO3

[0040] Pri sagorevanju alkalnih metala u atmosferi koja obuhvata primera radi CO2, N2, O2, H2O mogu se tako u uređajima, odnosno u postrojenju koje obuhvata i prvi reactor R dobiti primenjiva energija, primera radi takođe za predgrevanje M, kao i komponenata koje će se koristiti za dalju sintezu kao što su CO i H2.

[0041] Za povećanje gustine skladištenja može karbonat metala sa vodom i dalje sa CO2da izreaguje u metalhidrogenkarbonat

M2CO3+ H2O CO2→ 2 MHCO3.

[0042] Metalkarbonat, odnosno metalhidrogenkarbonat mogu na kraju biti iskorišćeni ili pri očekivanoj povećanoj produkciji zbrinuti, odnosno uskladišeni.

[0043] Gore opisani načini izvođenja, preoblikovanje i dalja dogradnja se dozvoljavaju, ako je to svrsishodno, kao i proizvoljan broj kombinacija ovih elemenata.

Dalje mogućnosti izvođenja, dalje dogradnje i implementacija ovoga pronalaska obuhvata takođe i sve druge kombinacije, koje nisu eksplicitno prethodno naznačene ili opisane u sledećim primerima izvođenja i opisa karaktristika ovoga pronalaska.

Naročito će stručnjak moći da doda sva pojedinačne aspekte kao poboljšanja ili dopune u odnosu na sadašnju osnovnu formu ovoga pronalaska.

Primeri

[0044] Primeri oblikoanja jednog postrojenja su prikazani na slikama 1 do 3.

Primer 1

[0045] Jedan prvi oblik jednog postrojenja shodno ovome pronalasku je prikazan na slici 1.

[0046] Jedno jedinjenje M<+>Cl<->se preko prvog uređaja za dovođenje 1 dovodi u uređaj za elektrolizu E jedinjenja M<+>Cl-. Ovaj uređaj je primera radi izveden za elektrolizu rastopa. U njemu se uvedeno jedinjenje elektrolizom prevodi u Cl2i M, pri čemu se Cl2iz uređaja za elektrolizu E izvodi preko prvog uređaja za odvođenje 1‘ i zatin skaladišti ili, dalje transportuje ili se može i direktno dalje primenjivati. Uz to se M preko jednog drugog uređaja za odvd 2‘ uklanja iz uređaja za elektrolizu. Ovaj je povezan sa drugim uređajem za uvođenje 2 za M, pomoću kojega se M uvodi u prvi reaktor R za reakciju sa ugljendioksidom. Nadalje se ugljendioksid i u ovome slučaju H2O preko trećeg uređaja za uvođenje 3 za ugljendioksid i isto tako H2O uvode u prvi reaktor R. Tamo će M i CO2i u ovome slučaju H2O kao i sa drugim gasovima N2ili O2, kjoji nisu proizvedeni, izreaguju u M2CO3i/ili MHCO3i/ili isto tako u dalje produkte koji nisu prikazani kao što su MOH, NH3itd..

Proizvedeni produkti M2CO3i/ili MHCO3su izvedeni iz prvog reaktora preko trećeg uređaja za odvođenje 3’ za M2CO3i/ili isto tako NHCO3i uskladišteni u jedno skladište S za M2CO3i/ili isto tako NHCO3.

Isto tako M2CO3i/ili MHCO3pri određenoj potražnji na tržištu mogu se iz skladišta S uzeti potrebna količine ovih materijala.

Takođe mogu se u prvom reaktoru R proizvedeni produkti u gasnom stanju preuzimati iz prvog reaktora R pomoću nekog uređaja za odvođenje koji nije prikazan.

Primer 2

[0047] Postrojenje u primeru 2 je prikazano na slici 2 i odgovara onome u primeru1, pri čemu je elektroliza rastopa kao i uređaj za elektrolizu E zamenjen sa jednim u kojem se vodeni rastvor od M<+>Cl<->podvrgava elektrolizi. Zbog toga u uređaju za elktrolizu E nastaje vodonik, koji se pomoću četvrtog odvodnog uređaja 4‘ za vodonik uklanja iz uređaja za elektrolizu E. Ovaj četvrti uređaj 4‘za odvođenje vodonika je povezan sa jednim četvrtim uređajem 4 za dovođenje vodonika, sa kojim se vodonik uvodi u prvi reaktor R i pri tome mogu se tada sa CO proizvoditi alkani, alkeni, alkoholi itd. Nastala jedinjenja se mogu preko jednog uređaja za odvođenje proizvoda u gasnom stanju, koji ovde nije prikazan ili još jednog daljeg uređaja za izvođenje ukloniti iz reaktora

Primer 3

[0048] Na slici 3 prikazano je postrojenje za primer 3, koje odgovara postrojenju u primeru 1, pri čemu se u prvi reaktor R uvodi vodonik preko četvrtog uređaja 4 za doovod vodonika.

Vodonik može ponovo da izreaguje sa CO u alkane, alkene i alkohole, koji se mogu izvoditi preko uređaja za izvođenje gasovitih produkata iz reaktora, koji ovde nije prikazan ili preko jednog daljeg uređaja za odvođenje ovih produkata.

[0049] Shodno ovome pronalasku biće opisan ukupan koncept, koji

a. u prirodi postojeće materijale kao što su natrijum-hlorid ili kalijum-hlorid koristi kao izvor materijala.

b. prioritetno uz pomoć viškova električne energije alkalni metali natrijum ili kalijum se koriste kao sezonski materijali za skladištenje energije kroz elektrolizu i hlor za dobijane produkata hlora.

c. ove metale sagorevanjem sa CO2prevodi u natrijum-karbonat ili kalijum-karbonat uz nastajanje CO.

d. natrijum-karbonat ili kalijum-karbonat, odnosno-hidrogenkarbonat se skladište odnosno zbrinjavaju, pri čemu se CO2na taj način uklanja iz atmosfere. Količina karbonata koja se skladišti, odnosno zbrinjava zavisi kako od postojećih viškova energije, tako i od potreba industrije za hlorom.

e. hemijska industrija osnovnu hemikaliju hlor koristi za proizvodnju rastvarača, međuproizvoda ili hlorovodonične kiseline.

[0050] Kuplovanje proizvodnje hlora sa sezonskim skladištenjem energije sa alkalnim metalima otvara mogućnost jednog procesa za zbrinjavanje CO2u obliku metalkarbonata ili metalhidrogenkarbonata.

[0051] Ovaj proces osim toga omogućava kuplovanje "Carbon Capture and Storage" sa vremenski i prostorno uslovljenu proizvodnju viškova obnovljive energije. Višak energije se skladišti u obliku alkalnih metala. Oslobađanje uskladištene energije vezane sa CO2obezbeđuje termičku energiju na visokom temperaturnom nivou za ponovnu proizvodnju električne energije i dodatno za proizvodnju vrednih međuprodukata za hemijske sinteze.

[0052] Na kraju lanca korišćenja nastaje čvrst, neotrovan metalkarbonat i/ili metalhidrogenkarbonat, koji se lako skladište, odnosno zbrinjavaju.

[0053] Maksimalno moguća masa je svakako limitirana svetskim potrebama za hlorom, ali je dovoljna da se trajno zbrine npr.2/3 CO2emitovanog iz 24 najveće nemačke toplane na bazi mrkog i kamenog uglja.

[0054] Dodatna finansjska dobit se ostvaruje kroz uštedu na CO2–sertifikatima i proizvodnji vrednih produkata kao što su npr sirov benzin ili alkoholi.

Claims (12)

Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju hlora i skladištenje ugljendioksida, naznačen time što

a) jedno jedinjenje formule M<+>Cl<->se elektrolitički prevodi u M i Cl2i pri tome je M<+>= Na, K ili njihova sameša.

b) M izreaguje sa ugljendioksidom i u ovome slučaju i sa H2O i tako prevodi u M2CO3i/ili u MHCO3; i

c) M2CO3i/ili isto tako MHCO3se skladište, pri čemu se reakcija M sa ugljendioksidom i isto tako sa H2O odigrava u stupnju b) sagorevanjem M u atmosferi koja sadrži ugljendioksid i isto tako i H2O.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time što energija potrebna za elektrolitičko prevođenje M<+>Cl<->u M i Cl2najvećim delom potiče iz viškova obnovljive energije.

3. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što je jedinjenje formule M<+>Cl<->dobijeno iz otpada hemijske industrije.

4. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što se elektroliza u stupnju a) izvodi kao elektroliza rastopa jedne smeše, koja sadrži i jedinjenje formule M<+>Cl-.

5. Postupak prema patentnom zahtevu 4, naznačen time što pri reakcijama u stupnju b) nastaje takođe i ugljenmonoksid, koji isto tako može da bude preveden u dalje hemijske produkte.

6. Postupak prema jednom od patentnih zahteva 1 do 4, naznačen time što se naizmenično odigrava elektroliza jednog vodenog rastvora jedinjenja formule M<+>Cl<->, koja je praćena nastajanjem vodonika.

7. Postupak prema patentnom zahtevu 6, naznačen time što se pri reakcijama u stupnju b) proizvodi i ugljenmonoksid, koji reakcijom sa vodonikom može da se prevede u dalje vredne hemijske proizvode.

8. Postrojenje za proizvodnju hlora i skladištenje ugljendioksida, naznačeno time što obuhvata uređaj za elektrolizu (E), koji je izgrađen da bi se jedno jedinjenje formule M<+>Cl<->elektrolitički preveo u M i Cl2, pri čemu je M<+>= Na, K ili jedna njihova smeša;

jedan prvi uređaj za dovođenje (1) za M<+>Cl-, koji je zato izgrađen da M<+>Cl<->dovede do uređaja za elektrolizu (E);

jedan prvi uređaj za odvođenje (1') za Cl2, koji je zato izgrađen da bi Cl2odveo iz uređaja za elektrolizu (E);

jedan drugi uređaj za odvođenje (2') za M, koji je zato izgrađen, da bi se M uklonio iz uređaja za elektrolizu (E);

jedan prvi reaktor (R) za reakciju ugljendioksida i sa metalomm M, koji je zato izgrađen da omogući da M reaguje sa ugljendioksidom i isto tako sa H2O, da bi se ugradio u M2CO3i/ili isto tako u MHCO3;

jedan drugi uređaj za dovođenje (2) za M, koji je povezan sa jednim drugim uređajem za odvođenje (2') za M da bi se M doveo u prvi reaktor (R);

jedan treći uređaj za dovođenje (3) za ugljendioksid i isto tako za H2O, koji je izgrađen zato da omogući da se u prvi reaktor (R) uvede ugljendioksid i isti tako H2O;

jedan treći uređaj za odvođenje (3') za M2CO3i/ili isto tako MHCO3, koji je izgrađen zato da M2CO3i/ili isto tako MHCO3odvede iz prvog reaktora (R); i

jedan uređaj za skladištenje (S) za skladitenje M2CO3i/ili isto tako MHCO3koji je izgrađen zato da M2CO3i/ili isto tako MHCO3, koji dolaze iz trećeg uređaja za odvođenje (3') uskladišti, pri čemu je prvi reaktor (R) snabdeven sa jednim brenerom kojim treba da omogući spaljivanje M sa ugljendioksidom i H2O.

9. Postrojenje prema patentnom zahtevu 8, naznačeno time što obuhvata jedan uređaj za proizvodnju obnovljive energije, koji je zato izgrađen da bi uređaj za elektrolizu (E) snabdevao sa električnom energijom.

10. Uređaj prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što je uređaj za elektrolizu (E) jedan uređaj za elektrolizu rastopa.

11. Uređaj prema jednom od patentnih zahteva 8 i 9, naznačen time što je uređaj za elektrolizu (E) tako izgrađen da može naizmenično da elektrolizira i jedan vodeni rastvor M<+>Cl<->i koji nadalje obuhvata jedan četvrti uređaj za odvođenje

za vodonik, koji je izgrađen zato da se vodonik odvede iz uređaja za elektrolizu (E)

12. Uređaj prema patentnom zahtevu 11, naznačen time, što nadalje obuhata jedan četvrti uređaj za dovođenje (4) za vodonik, koji je povezan sa četvrtim uređajem za odvođenje

za vovonik i zato je izgrađen da dovodi vodonik u prvi reaktor (R).